离子交换及吸附树脂

离子交换及吸附树脂学习材料

一、离子交换和吸附树脂发展简介

1、发展史

2、常用树脂分类

3、树脂的功能

二、离子交换树脂结构与性能

1、树脂的结构

2、树脂的结构与物理性能

3、树脂的结构与化学性能

4、大孔吸附树脂的结构与性能

三、树脂的合成及性能测定

1、树脂合成

2、树脂功能基团的引入

3、树脂的性能测定

四、树脂应用技术

一）、树脂应用的技术理论和特点

二）、树脂应用筛选基本原理

生化食品生产

三）、树脂在抗生素上的应用

四）、树脂的使用方法介绍

五）、树脂的污染及处理

一、离子交换和吸附树脂发展简介

一）、发展史

离子交换现象本身广泛地存在于自然界中，离子交换树脂最早诞生在20世纪三、四十年代，当时美国和英国的一些公司广泛的进行离子交换树脂的研究，陆续成功合成出聚苯乙烯、丙稀酸系的离子交换树脂，并逐渐成为一类新兴高分子材料产业，它可以简单地达到物质的分离、纯化、浓缩的目的，而不仅靠结晶、蒸发工艺。

五六十年代离子交换树脂有了较大地发展，大孔结构的树脂问世，先由美国罗姆-哈斯和西德拜耳公司投入生产，其具有交换和吸附的双重功能，为离子交换树脂的广泛应用开辟了新的前景。

随着世界各国对离子交换树脂研究的不断深入，相继又研制出大孔吸附树脂、热再生树脂、两性树脂、獒合树脂、惰性树脂、氧化还原树脂、均孔树脂等，目前离子交换和吸附树脂已成为世界范围内的一大产业，成为功能高分子领域的一重要分支。

我国最早从五十年代初由南开大学和上海医工院开始研制离子交换树脂，虽起步稍晚，但发展很快，到20世纪70年代，全国已建成投产树脂厂60多家，目前全国不同规模的离子交换树脂厂近百家，生产能力达10万吨以上，年产量在5万吨左右。产品技术方面，通用树脂基本达到国际先进水平，专用树脂稍有差距，主要体现在树脂的专一实用性不强，特别是新兴行业专用树脂品种不全，研究的深度不够。另外国家的产业政策不明确，无专业归口管理部门，阻滞了该产业的发展。

离子交换树脂和它的应用技术一直是相互促进、相互依存、共同发展的。以水处理用树脂为例，其应用技术由初期的间歇式工艺、固定床工艺逐步发展到连续交换、逆流技术、双层床、混合床、三层混床等，相应的水处理用树脂品种也由最初单纯的001×7、201×7等发展为五、六个大类几十个品种、规格。树脂应用的领域不断发展壮大，目前离子交换和吸附等类树脂广泛应用于水处理、医药、生化、食品、化工、核工业、环保等各行业，对我国工业经济发展起着举足轻重的作用。比如在医药行业，离子交换、吸附工艺与溶媒结晶工艺并驾齐驱、共同发展，其分离、提纯的技术日益成熟，成为医药生产的关键单元操作过程。

二）、常用树脂分类

目前使用的离子交换树脂大多是以苯乙烯、丙稀酸酯及其衍生物与二乙烯苯共聚或是以酚醛、胺类缩聚作为基体,通过引入不同性质的交换基团,成为一种不溶、不熔的高分子酸、碱或盐。和低分子的酸、碱一样，根据他们的离解程度，树脂可分为强酸、弱酸、强碱、弱碱性离子交换树脂等，另外还有不含交换基团的大孔吸附剂等。

1、强酸性树脂

以苯乙烯—二乙烯苯共聚为基体，引入磺酸基团而成，是当前用途最大、用量最大的一类交换树脂，如：001×7（732＃）等，其酸性相当于无机强酸，在任何的PH条件下都可显示交换功能。

2、弱酸性树脂

主要是指含有羧酸基、磷酸基、酚基的交换树脂，在水中离解度

较小，只能在中性或碱性条件下使用，其中以羧酸基弱酸树脂用途最广，它是由丙稀酸酯类单体和二乙烯苯共聚而成，制药业最初的成就是用于氨基糖甙类抗生素（如链霉素）的分离提炼，另外广泛地用于水处理。

3、强碱性树脂

是以季胺基为交换基团的树脂，其碱性相当于季胺碱，可在较大PH条件下使用，其骨架是苯乙烯-二乙烯苯共聚体，用途广泛，该类树脂在-OH型时稳定性较差，仅限60度下使用。

4、弱碱性树脂

这时指以伯胺、仲胺、叔胺为交换基团的树脂，其在水中离解程度小而呈弱碱性，在中性或酸性介质中使用。目前使用的主要是丙稀酸系结构的树脂。

5、树脂按物理结构分类

1）、凝胶型树脂：外观透明的均相树脂，树脂合成时不加致孔剂，这类树脂的球粒内没有毛细孔。

2）、大孔离子交换树脂；外观不透明的非均相树脂，一般在树脂合成时添加致孔剂，树脂内部有明显的孔道，孔体积一般在0.5毫升/克（树脂），也可更大，比表面积从几到几百平米/克，孔径从几到几万埃，由于这样的孔结构，适宜于交换吸附大分子的物质及在非水溶液中使用。

3）、大孔吸附树脂：这是一类专一性强、发展快、技术要求高的树脂品种，其骨架形式繁多，不引入任何交换基团，作用和活性炭类似，

其对不同物质的选择性吸附差异主要由比表面、孔径、孔容、极性等决定，其作用的机理是通过分子间的表面张力实现对物质的吸附，目前该类树脂在制药、生化等行业发挥着重要作用。

6、其他：如热再生树脂、两性树脂、獒合树脂、惰性树脂、氧化还原树脂、均孔树脂等。

三）、树脂的功能

离子交换树脂是一种用途极广的高分子材料，其功能有：

✶1、离子交换✶2、吸附作用✶3、脱水作用✶4、催化作用✶5、脱色作用等

1、离子交换：这是树脂的最基本的功能，主要有：中性盐分解反应、中和反应、复分解反应。离子交换的反应通常是可逆的，反应方向受溶液中离子的性质、浓度、PH值、温度等因素的影响，利用树脂的可逆反应性质，实现了离子交换树脂的反复再生使用。

2、吸附作用

离子交换树脂的吸附功能因大孔型树脂的发展而大大提高，大孔树脂不仅可从极性溶液中吸附弱极性或非极性物质也可从非极性溶液中吸附弱极性物质，另外还可以作为气体吸附剂使用。

3、脱水作用

离子交换树脂的换基团是强极性的，有很强的亲水性，因此干燥的强酸树脂可做干燥剂。

4、催化作用

离子交换树脂就是高分子的酸、碱，可代替低分子的酸碱用作有